Карбонатные породы

Состав, структуры и классификация карбонатных пород. Это известняки, мел, известко­вые туфы, доломиты и породы смешанного состава. Залегают в виде пластов, иногда образуя толщи в сотни и тысячи метров, линз, конкреций, сложены, главным образом, минералами группы кальци­та или скелетами известковых организмов.

По генезису выделяют обломочные, биогенные и хемогенные породы, по минеральному составу — кальцитовые, доломито­вые и смешанного состава. Основная масса некоторых карбонатных пород почти полностью перекристаллизована и установить условия их образования не представляется возможным.

Главные породообразующие минералы – кальцит, доломит, редко арагонит, анкерит (железистый доломит), железисто-магнезиаль­ные карбонаты. В породах смешанного состава важными компо­нентами становятся ангидрит, гипс, опал, халцедон, кварц. В некото­рых карбонатных породах в заметных количествах присут­ству­ют глауконит, органическое углистое и битуминозное вещество, сульфи­ды железа и тяжелых металлов, терригенные примеси. Глинистые минералы представлены гидрослюдами и монтмориллонитом. Среди акцессорных минералов специфические для карбонатных по­род — барит, целестин, флюорит.

Важнейшие породообразующие организмами – простейшие (главным образом фораминиферы), мшанки, кораллы, криноидеи, брахиоподы, моллюски, остракоды и различные известковые водоросли.

Структуры обломочные (псефитовые и псаммитовые), органогенные (цельнорако­вин­ные и детритовые), органогенно-обломочные, микрозернистые, пелитоморф­ные, кристаллически-зернистые, оолитовые, псевдооолитовые. Текстуры – сло­ис­тые, пятнистые, комковатые, оолитовые и др., в перекристаллизованных породах – массивные. Формы отдельностей – плитчатые, параллелепипедные, оскольчатые и др.

Известковые (кальцитовые) породы.

Обло­мочные известняки состоят из обломков карбонатных пород (извест­ня­­ков) и известковых организмов, образуются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известковых организмов. В зависи­мости от формы и размера обломков выде­ля­ют­ся конгломератовидиые и брекчиевидные известняки и «из­вест­няко­вые песчаники». Цементом служит пелитоморфный или зернистый кальцит. Помимо обломков обычно присутствуют терригенные примеси.

Известняки, возникшие в результате механической обработки раковин, называются органогенно-обломочными.

Биогенные известняки составляют большую часть известных известняков. Это продукты жизнедея­тельности животных и растений, состоят из остатков организмов, пред­ставленных целыми раковинами или раковинным детритом. Различают ракушечники (т.е. цельнорако­винные) (фораминиферовые, пеле­ци­по­до­вые, брахиоподовые, криноидные и др.) и органогенно-детритовые (фораминиферовые, пелециподовые и т.п.). Часто встречаются известняки сме­шан­но­го состава, например, фораминиферо-водорослевые, фораминиферо-водорослево-криноидные.

Органические остатки скреплены кальцитовым цементом пелитоморфной или микрозернистой структуры.

Рифовые и биогермные известняки (б. – прижизненные скопления прикрепленных организмов) характеризуются обилием прикрепленных организмов (кораллов, мшанок, водорослей), к ко­торым присоединяются раковины других животных, целые и пере­ломанные. Иногда известняки нацело сложены постройками корал­лов, мшанок. Размеры тел рифовых известняков бывают весьма значительны. Так, например, гора Ай-Петри в Крыму представля­ет собой рифовый массив (известняки юрского возраста).

Строматолитовые известняки сло­жены они почти нацело водорослями, тела их имеют уплощенную форму и меньшие размеры.

К биогенным известнякам принадлежит белый пишущий мел – белая мягкая порода с высокой пористостью (до 50%), обладаю­щая связностью (держится в куске). Она состоит из остатков известковых водоро­слей – кокколито­фо­рид и их фрагментов (более 70—85%), мелких фораминифер, мельчайших зерен пелитоморфного кальцита и остатков крупных раковин иноцерамов, морских ежей, брахиопод, червей.

Хемогенные известняки возникают при седиментогенезе и ран­нем диагенезе путем хемогенной садки СаСО₃, представлены микрозернисты­ми и пелитоморфны­ми, оолитовыми и псевдооолитовыми разностя­ми. Пелитоморфные известняки состоят из зерен кальцита диамет­ром <0,01 мм. Макроскопически это плотные, известняки с рако­вистым изломом и различной окраской—от светлой до темной.

Оолитовые и псевдооолитовые известняки состоят из зерен кон­центрического или радиально-лучистого строения или сферических образований (псевдооолиты) и цемента. Размеры оолитов от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Образование оолитовых известняков происходит в зоне литорали в период седиментогенеза, в осадке—в период диагенеза. Цент­рами кристаллизации или обрастания являются обломки карбонат­ных раковин, кварца, полевых шпатов.

К карбонатным породам химического происхождения принадле­жат также известковые туфы, образующиеся на выходах минераль­ных источников. Это пористые натечные образования с пелитоморфной или микрозернистой структурой. Окрашены туфы обычно в желтовато-серые и буроватые тона, иногда светлые, поч­ти белые.

Перекристаллизация известняков происходит при про­цессах катагенеза и метагенеза. В результате образуются кристал­лически-зернистые и мраморизованные известняки с зернами раз­ного размера: от микро- до грубозернис­тых. В мраморизован­ных известняках присутствуют кристаллы кальцита вели­чиной до нескольких сантиметров.

В карбонатных породах обычно присутствуют конкреции кремне­зема, барита, пирита.

Доломитовые породы. Доломит – порода, состоящая из минерала доломита (>95%). Обычно она содержит примесь кальцита, реже пирита, халцедона, кварца, органического вещест­ва. В некоторых доломитах встречаются вкрапления ангидрита, гипса и сульфидов свинца и цинка.

Макроскопически доломиты напоминают известня­ки. Отличие заключается в различной реакции с НС1. Известняки с холодной НС1 бурно вскипают, доломиты нет. Если доломитовую по­роду истереть в тонкий порошок, последний будет вскипать с холод­ной НС1, но слабее, чем известняк.

Обломочные доломиты. Это конгломераты, брекчии, конгломерато-брекчии и песчаные доломиты. Состоят из обломков доломита, сцементирован­ных доломитовым или кальцитовым цементом. Содержат при­месь терригенного материала.

Обломочные доломиты встречаются среди мощных доломитовых толщ в виде прослоев, линз, иногда пластов и представляют со­бой результат перемыва этих толщ в условиях пляжевого мелководья.

Брекчии иногда имеют химическое происхождение—брекчии выветривания на доломитовых породах.

Доломиты с органогенной структурой характеризуются наличи­ем более или менее различимых органических остатков. В цементе может присутство­вать в небольших количествах кальцит. Доломиты этого типа обра­зуются при доломитизации карбонатных осадков или известняков.

Водорослевые доломиты состоят из крупных караваеобразных тел биогерм, которые почти нацело сложены водорослями (синезелеными и зелеными, концент­рирующими в своем теле карбонат магния). Тела водорослей сло­жены пелитоморфным доломитом. Цемента мало, состоит он из до­ломита.

Известны также водорослевые доломиты с пе­реотложенными водорослями. Они отличаются тонкой горизонталь­ной и горизонтально-волнистой слоистостью и значительно большей плотностью.

Хемогенные доломиты—это микрозернистые и пелитоморфные, лишенные органических остатков, однородные доломитовые породы, доломиты с ангидритом и гипсом и оолитовые доломиты.

Пелитоморфные доломиты плотные, однородные, обычно лишены терригенных приме­сей, реже содержат глинистые примеси или тонкие прослойки гид­рослюдистых и монтмориллонитовых глин.

Оолитовые доломиты состоят из концентрических и радиально-лучпстых оолнтов, сцементированных пелитоморфным и зернистым доломитом.

Карбонатные породы смешанного состава — доломитовые извест­няки (5—50% доломита), известковые доломиты (50—95% доломи­та), анкеритизированные известняки (от нескольких до 30—50% анкерита) —образуются путем доломитизации (анкеритизации) из­весткового ила, реже известняков. Иногда породы подобного типа возникают путем дедоломитизации при выветри­вании.

Встречают­ся они в толщах известняков и доломитов в виде пластообразных и неправильной формы тел небольшой мощности.

Кремнистые известняки содержат до 50% кремнезема. Это по­роды высокой прочности, часто содержат макроскопически замет­ные выделения кремнезема. При более высоком содержании кремнезема (от 50 до 95%) кремнистые известняки переходят в известковые силициты.

Углистые известняки содержат до 50% углистого материала и обычно встречаются в ассоциации с угольными пластами. Окраше­ны они в черные тона с отпечатками растений и обугленными рас­тительными остатками.

К породам, переходным между карбонатными и обломочными, относятся различные известковые глины, алевриты, аргиллиты, пес­чаники, содержащие более 50% обломочного материала, и глинис­тые, алевритовые и песчаные известняки и доломиты, содержащие более 50% карбонатного материала.

Мергели (глинистые известняки) — это тонкозернистые породы, белые, желтовато-серые, зеленовато-серые. Сложены пелитоморфным или микрозернистым кальцитом (редко доломитом) и тонким гли­нистым материалом. Распределение глинистой примеси равномер­ное, редко она концентрируется в тонких прослоях. Глини­стое вещество представлено монтмориллонитом и гидрослюдой. Иногда мергели содержат глауконит, цеолиты, барит, пирит. Многие слои мергелей содер­жат ходы илоедов и скелеты фораминифер, кокколитофорид и др.

Мергели используются для изготовления цемента. Особенно ценны так называемые цементные мергели, содержащие три четверти кар­боната кальция и одну четверть глинистых примесей.

Распространение и применение карбонатных пород. Известны с докембрия, где представ­лены кристаллическими известняками и мраморами. Наиболее крупные скопления карбонатных пород приурочены к таласократическим периодам (эпохи трансгрессий).

Известняки применяются в металлургии в качестве флюса, в са­харной промышленности (для очистки сиропов), в строительном де­ле. Доломиты используются для изготовления огнеупоров, цемента и в качестве флюса в черной металлургии. Мел находит применение в строительном деле и вместе с мергелями является цементным сырьем.